(57)【要約】【課題】  車両が通過しない静的状態における道床および路盤の沈下測定と、車両通過時の動的状態におけるレールの沈下測定を、簡易な手法によって行える、鉄道軌道の沈下測定装置および測定方法を提供すること。【解決手段】  レール５３またはまくら木５２に固定したターゲット２０と、ターゲット２０と交差するように、道床５１に貫入して設置したゲージ付きロッド３０とからなり、ゲージ付きロッド３０とターゲット２０との相対的な鉛直変位を測定可能に構成した。【選択図】        図１
2005326372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道軌道の沈下測定装置であって、
レールまたはまくら木に固定したターゲットと、
前記ターゲットと交差するように、道床に貫入して設置したゲージ付きロッドとからなり、
前記ゲージ付きロッドとターゲットとの相対的な鉛直変位を測定可能に構成したことを特徴とする、
鉄道軌道の沈下測定装置。
【請求項２】
前記した請求項１において、ゲージ付きロッドの軸部に道床絶縁用の防護管を外装したことを特徴とする、鉄道軌道の沈下測定装置。
【請求項３】
前記した請求項１または請求項２において、ゲージ付きロッドの全長が、道床を貫通して路盤に貫入可能な長さであることを特徴とする、鉄道軌道の沈下測定装置。
【請求項４】
前記した請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、ゲージ付きロッドのゲージ部に、ターゲットとの当接により摺動可能なピークホールドを設けたことを特徴とする、鉄道軌道の沈下測定装置。
【請求項５】
前記した請求項１乃至請求項４の何れかにおいて、ターゲットとスケール付ロッドの相対的な鉛直変位を撮影する手段と、前記撮影手段による画像データを解析する解析手段を付加したことを特徴とする、鉄道軌道の沈下測定装置。
【請求項６】
レールの鉛直変位、または路盤または道床の鉛直変位を測定する鉄道軌道の沈下測定方法であって、
前記した請求項１乃至請求項４に記載の何れかの鉄道軌道の沈下測定装置を使用し、
ゲージ付きロッドのロッド部で、ターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位を読み取り、
健全な鉄道軌道におけるターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位に、前記したターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位の実測値を対比することを特徴とする、
鉄道軌道の沈下測定方法。
【請求項７】
レールの鉛直変位、または路盤または道床の鉛直変位を測定する鉄道軌道の沈下測定方法であって、
前記した請求項５に記載の鉄道軌道の沈下測定装置を使用し、
ゲージ付きロッドのロッド部で、ターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位を撮影手段により撮影し、
解析手段において、健全な鉄道軌道におけるターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位に、前記したターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位の実測値を対比することを特徴とする、
鉄道軌道の沈下測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道軌道を構成するバラスト道床、路盤とレールとの相対的な沈下を簡易な手法で計測する鉄道軌道の沈下測定装置および測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レールとまくら木を支持する鉄道軌道の道床として、路盤上に砂利や砕石等のバラストを層状に敷設したバラスト道床が広く知られている。
また鉄道軌道の近傍での掘削工事等や、集中豪雨等の自然現象、或いは自重沈下等の要因によって、バラスト道床やバラスト道床を支える路盤に沈下、緩みまたは陥没を生じることが知られている。こうしたバラスト道床や路盤の変位が許容範囲を超えると、走行車両の安全通行を脅かす危険がある。
【０００３】
鉄道軌道の走行安全性を確認する目的で、従来はつぎの二つの方法で鉄道軌道の沈下を測定している。
そのひとつは、走行体車両が通過しない静的状態で変位を計測する静的計測方法であり、もうひとつは走行車両が通過する際に変位を計測する動的計測方法である。
前者の具体的な静的計測方法としては、次のふたつの方法が知られている。
【０００４】
［静的計測方法１］
この測定方法は、基準となる水糸、ワイヤをレール付近に張り、水糸、ワイヤからレールまでの鉛直・水平距離を、スケール等によって人手により測定するか、電気式変位計等によって自動測定して、レールの狂いを求める方法である。
【０００５】
［静的計測方法２］
この測定方法は、例えばトランシット、レベル、トータルステーション等の測量機器を用いて、人手もしくは自動的に検出したレールの座標からレールの狂いを求める方法である。
【０００６】
また後者の代表的な動的計測方法としては、レールやまくら木上に振動計、或いは変位計を設置し、これらの計器によって、車両が通過する際のレールの動的変位を電気的出力値として測定することで最大振幅等を求める方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
既述した従来の鉄道軌道の変位計測技術にはつぎのような問題がある。
（１）前者の静的計測方法にあっては、バラスト道床あるいは路盤の沈下、緩み、陥没が生じていたり、まくら木と道床間に空隙が生じていたとしても、レール自体の剛性によって、レールにこれらの変位が現れない。
そのため、バラスト道床あるいは路盤の変位を正確に測定できないだけでなく、走行時のレールの沈下量を予測することもできない。
（２）後者の動的計測方法の場合、軌道を新設した際や車両運行速度の上昇計画等に対応して、通過車両と測定時間を限定して測定が行われるのが一般的であって、近隣工事期間中のような軌道の安全管理を目的とした計測管理には用いられていない。
仮に、動的計測方法をある程度長期に亘る安全管理や維持管理に適用する場合を想定すると、過酷な計測環境である軌道内で、精密な電気式計器の保守管理が容易ではなく、またさらにケーブルを含めた計器が、軌道整備工事の際に障害になりやすいといった不具合がある。さらに、計器からデータを採取して収録する測定器まで含めると、かなり高価なシステムとなって実現性に乏しい。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、車両が通過しない静的状態における道床および路盤の沈下測定と、車両通過時の動的状態におけるレールの沈下測定を、簡易な手法によって行える、鉄道軌道の沈下測定装置および測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る鉄道軌道の沈下測定装置は、鉄道軌道の沈下測定装置であって、
レールまたはまくら木に固定したターゲットと、前記ターゲットと交差するように、道床に貫入して設置したゲージ付きロッドとからなり、前記ゲージ付きロッドとターゲットとの相対的な鉛直変位を測定可能に構成したことを特徴とするものである。
本発明に係る鉄道軌道の沈下測定装置は、前記した装置において、ゲージ付きロッドの軸部に道床絶縁用の防護管を外装したことを特徴とするものである。
本発明に係る鉄道軌道の沈下測定装置は、前記した何れかの装置において、ゲージ付きロッドの全長が、道床を貫通して路盤に貫入可能な長さであることを特徴とするものである。
本発明に係る鉄道軌道の沈下測定装置は、前記した何れかの装置において、ゲージ付きロッドのゲージ部に、ターゲットとの当接により摺動可能なピークホールドを設けたことを特徴とするものである。
本発明に係る鉄道軌道の沈下測定装置は、前記した何れかの装置において、ターゲットとスケール付ロッドの相対的な鉛直変位を撮影する手段と、前記撮影手段による画像データを解析する解析手段を付加したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る鉄道軌道の沈下測定方法は、レールの鉛直変位、または路盤または道床の鉛直変位を測定する鉄道軌道の沈下測定方法であって、前記した何れかの鉄道軌道の沈下測定装置を使用し、ゲージ付きロッドのロッド部で、ターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位を読み取り、健全な鉄道軌道におけるターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位に、前記したターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位の実測値を対比することを特徴とするものである。
本発明に係る鉄道軌道の沈下測定方法は、レールの鉛直変位、または路盤または道床の鉛直変位を測定する鉄道軌道の沈下測定方法であって、前記した撮影手段と解析手段を具備する鉄道軌道の沈下測定装置を使用し、ゲージ付きロッドのロッド部で、ターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位を撮影手段により撮影し、解析手段において、健全な鉄道軌道におけるターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位に、前記したターゲットとゲージ付きロッドとの相対的な鉛直変位の実測値を対比することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、少なくとも次の何れかひとつの効果を得ることができる。
（１）本発明によれば、車両の通過しない時点での道床・路盤の沈下に加えて、車両通過時のレールの沈下を併せて測定できる。
（２）本発明の測定装置は、電気式計器を有せず配線の必要がないことから、軌道内に容易に設置でき、軌道整備工事の際にも障害になりにくい。
（３）本発明の測定装置は、構成が単純で耐久性に優れ、安価に製作できる。
（４）本発明の測定方法によれば、ビデオカメラの撮影範囲を移動することにより、複数の沈下測定装置の画像の記録が、１台のビデオカメラで可能である。さらに、ビデオカメラとコンピュータを常時接続したオンライン計測によれば、遠隔操作で画像の切り替えが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
［構成］
＜１＞沈下測定装置の概要
図１に本発明に係る沈下測定装置１０の概念図を示す。
図中符号５０は路盤、５１は路盤５０上に敷設したバラスト道床、５２はまくら木、５３はレールを示す。
【００１４】
沈下測定装置１０は、レール５３との掛止手段を具備するターゲット２０と、ゲージ部３１を有し、前記ターゲット２０にスライド自在に嵌挿するゲージ付きロッド３０と、ゲージ付きロッド３０に外装する防護管４０とよりなる。
本発明に係る沈下測定装置１０は、当該装置の設置箇所におけるレール５３と路盤５０との間の相対的な鉛直変位を、ターゲット２０とゲージ付きロッド３０のゲージ部３１の相対変位として測定するものである。
以降に沈下測定装置１０の各部について詳述する
【００１５】
＜２＞ターゲット
ターゲット２０は、ゲージ付きロッド３０のゲージ部３１に外装可能な外装部２１と、断面コ字形を呈するレール取付用ブラケット２２とよりなり、レール取付用ブラケット２２は外装部２１の一側に一体構造となっている。
ターゲット２０の外装部２１は、図示した筒状に限定されるものではなく、断面Ｃ字形であったり、或いはゲージ部３１に外装せずに、バー状のものをゲージ部３１に当接させる形態も含むものである。
要は、ゲージ付きロッド３０と交差するように配置して、レール５３側の変位をゲージ付きロッド３０のゲージ部３１に指し示すことが可能な構成であればよい。
【００１６】
レール取付用ブラケット２２はレール５３の裾部に嵌合可能な開口を形成しており、レール取付用ブラケット２２の上面に螺着したボルト２３を締め付けることでレール５３の裾部に固定し得る。
レール取付用ブラケット２２は外装部２１と分離不能に一体に形成してもよいが、図２に示すように、両部材２１，２２をボルト等で連結して一体化できるように組み立て式に構成すれば、現場においてターゲット２０をレールとゲージ付きロッド３０のゲージ部３１にセットする際の作業性がよくなる。
【００１７】
＜３＞ゲージ付きロッド
ゲージ付きロッド３０は軌道の支持地盤である路盤５０に貫入させるロッド３２と、ロッド３２の上部に設けたゲージ部３１とにより構成される。
【００１８】
ロッド３２はバラスト道床５１の層厚以上の長さを有する棒体で、下端に先鋭なアンカー部３３を具備する。
アンカー部３３の基端（上部）はロッド３２の抜取り抵抗が増大するようにロッド３２より大径に形成してある。
【００１９】
ゲージ部３１は、ターゲット２０との相対的な鉛直変位を目視により所定の精度（一般には±１ｍｍ程度）で計測可能に表示した部位である。
ゲージ部３１としては、図示するような長さ目盛の他に複数の色彩の帯線を軸方向に配列したり、或いは縞模様等を付したものでもよい。
目盛以外に着色表示する場合は、その着色幅が相対的な鉛直変位の許容範囲内（安全範囲）と許容範囲外（危険範囲）を区別できるように表示しておく必要がある。
【００２０】
またこのようなゲージ部３１はロッド３２の表面に直接表示してもよいが、別部材で形成した筒状のゲージ部３１をロッド３２の上部にねじ込んで後付け可能に構成すると、ゲージ付きロッド３０の製作がし易いことに加えて、ゲージ部３１の回転操作によりゲージ付きロッド３０の全長を調整することができる。
【００２１】
また、ターゲット２０の上下のゲージ部３１には、単数又は複数のピークホールド３４を摺動可能に外装して設置する。ピークホールド３４は、所定の期間内に生じた相対鉛直変位の最大および最小値をゲージ部３１上に残存させるため機能するリング体で、盲動や自重降下を防止するため多少きつめに外装することが望ましい。
【００２２】
＜４＞防護管
防護管４０は両端を開放した筒体で、ゲージ付きロッド３０のロッド３２とバラスト道床５１との間の摩擦力を除去するために機能する。
【００２３】
［設置方法］
まくら木５２位置を離れたレール５３の一側のバラスト道床５１に、防護管４０と共にロッド３２を打撃、又は回転打撃を加えて打設する。
ロッド３２の下端のアンカー部３３が路盤５０に達するまで打設したら、ロッド３２の上部にゲージ部３１を組み付けてゲージ付きロッド３０を完成させる。
レール５３の裾部にターゲット２０のレール取付用ブラケット２２を側方から差し込み、ボルト２３を締め付けて固定する。
このとき、ターゲット２０の外装部２１をピークホールド３４と共にゲージ部３１に外装する。
レール取付用ブラケット２２と外装部２１とを組み立て式に構成してある場合は、夫々をレール５３とゲージ部３１にセットした後に、両部材２１，２２をボルト等で連結して一体する。
以上の操作により、現場で沈下測定装置１０を組み立てながら設置する。
ゲージ部３１に外装した各ピークホールド３４はターゲット２０の上下面に当接させて、所謂ゼロ設定を行い、このときの目盛を記録しておく。
尚、上述した組み立て方法は一例であって、ターゲット２０とゲージ付きロッド３０の組み付けの順序を逆にしてもよい。
【００２４】
［測定方法］
＜１＞鉛直変位の測定方法
路盤５０に支持されたゲージ付きロッド３０は、防護管４０でバラスト道床５１から絶縁状態でているため、路盤５０やバラスト道床５１の鉛直変位に追従して変位し、またターゲット２０もレール５３の鉛直変位に追従して変位する。
これらのターゲット２０とゲージ付きロッド３０間の何れか一方の変位は、ターゲット２０とゲージ部３１間の相対的な変位量となって現れるから、この変位量を読み取ることで、ターゲット２０とゲージ付きロッド３０間の相対的な変位量を正確に測定することが可能である。
ゲージ付きロッド３０のゲージ部３１に外装したピークホールド３４をゼロ設定してセットした場合は、ピークホールド３４の以降に生じた変位の最大値と最小値を読み取ることで、この値からターゲット２０とゲージ付きロッド３０間の相対鉛直変位量を求める。
【００２５】
ピークホールド３４を設置しないときには、ターゲット２０の上下に表れたゲージ部３１の目盛の変位量を目視により読み取ることで、ターゲット２０とゲージ付きロッド３０間の相対鉛直変位量を求める。
【００２６】
＜２＞車両の非通過時点における沈下量の評価
本発明に係る測定装置１０は、レール５３およびゲージ付きロッド３０自体の絶対的な鉛直変位は測定困難であるが、上記したように両者の相対的な変位を得ることによって、まず、車両が通過しない時点における路盤５０またはバラスト道床５１の健全性を評価することは可能である。
【００２７】
具体的に説明すると、図２に示すようにレール５３が隆起している可能性が低いとの前提の下で、レール５３に固定したターゲット２０に対してゲージ付きロッド３０が沈下傾向を示した場合は、ゲージ付きロッド３０を支持する路盤５０、或いはバラスト道床５１に沈下が生じている可能性が極めて高いと判断できる。
したがって、ターゲット２０に対してゲージ付きロッド３０が沈下傾向を示した場合は、相対変位の量によって路盤５０またはバラスト道床５１部分での緩みや陥没の発生の可能性を予測でき、またその相対変位量の大きさの程度により車両通過時の危険度を事前に検知することができる。
【００２８】
なお、公知の静的計測システム（例えば、背景技術の欄で列挙した静的測定方法１或いは２）と組み合わせて、レール５３の狂いが得られていれば、絶対量に換算できて、より確かな評価が可能である。
【００２９】
＜３＞車両の通過時点における沈下量の評価
車両の通過時においては、大きな荷重負荷が作用するために、軌道が健全な場合と、路盤５０やバラスト道床５１に沈下、緩み、陥没等が生じている不健全な軌道の場合では、ターゲット２０とゲージ付きロッド３０の相対的な鉛直変位量に明らかな相違を生じることが予想される。
そこで、軌道が健全な場合の相対的な鉛直変位量を予め入手しておけば、この鉛直変位量を基準値（しきい値）として、不健全な軌道を判定することができる。
【００３０】
以下、図３を参照しながら具体的に説明する。
図３は、健全な軌道と、まくら木５２、バラスト道床５１間に空隙を有する不健全な軌道の場合の、二つの軌道形態についての鉛直変位を表したもので、縦軸にはレール５３の沈下とゲージ付きロッド３０の鉛直変位を示し、横軸に時間を示したものである。
ここで、破線表記したａ１、ａ２の波形は、ゲージ付きロッド３０側の鉛直変化を示し、実線表記したｂ１、ｂ２の波形はレール５３やまくら木５２側の鉛直変位を示している。
【００３１】
健全な軌道では、レール５３と、ゲージ付きロッド３０間の相対鉛直変位ｃ１（＝ｂ１−ａ１）は僅かである。
これに対し、まくら木５２とバラスト道床５１間に空隙を有する不健全な軌道の場合、レール５３と、ゲージ付きロッド３０間の相対鉛直変位ｃ２（＝ｂ２−ｃ２）は大きく生じるものと考えられる。
したがって、健全な道床に対する相対鉛直変位ｃ１の値を事前に把握しておけば、この相対鉛直変位ｃ１に対してｃ２の値を対比するだけで、車両通過時の軌道の危険性の程度を判定することが可能となる。
【００３２】
［その他の実施の形態］
＜１＞その他の実施の形態１
【００３３】
以上は相対的な鉛直変位を作業員の目視計測により測定する場合について説明したが、本発明は、以降に説明するように撮影手段であるＣＣＤカメラと、解析手段であるパソコンとを組み合わせて、測定することも可能である。
【００３４】
沈下測定装置１０を設置した軌道の近傍に図外のＣＣＤカメラを設置する。ＣＣＤカメラの設置形態としては、ひとつの沈下測定装置１０に対して一台のＣＣＤカメラを固定式に設置する場合の他に、複数の沈下測定装置１０に対して一台のＣＣＤカメラで撮影可能なように遠隔で制御可能に設置する。
ＣＣＤカメラで撮影したターゲット２０およびゲージ付きロッド３０のゲージ部３１の撮影画像を、データ処理することによって、ターゲット２０とゲージ付きロッド３０間の相対鉛直変位量を求めることができる。
画像データにおける変動量の精度は、例えば±１ｍｍ程度以下に設定しておけば、軌道の安全性を判断するには十分である。
【００３５】
またＣＣＤカメラの撮影方法としては、長時間に亘って撮影する連続撮影方法と、必要なときに撮影する任意撮影方法がある。
また撮影画像のデータ処理の仕方としては、ＣＣＤカメラで撮影した撮影画像を記録し、この記録データをコンピュータで処理するオフライン計測方法と、ＣＣＤカメラとコンピュータを常時接続して、画像をリアルタイムで処理するオンライン計測方法の採用が可能であり、これらの画像データの処理方法については、測定目的や現場の測定環境等を考慮して適宜選択する。
解析方法は既述したように基準データと実測値データとを対比させるだけであり、さらにこれに警告回路を組み合わせてもよい。
またオンライン計測の場合には、ＣＣＤカメラの電源のオン・オフを、測定範囲に車両が接近・通過したことを自動的に検知する装置と組み合わせて行うとよい。
ＣＣＤカメラとパソコンによる測定は、オフライン計測、オンライン計測にかかわらず、車両の通過しない時点と車両通過時のいずれにも適用できる。
また従来の各種軌道の計測システムや安全管理システムと組み合わせて併用することも可能である。
以上は例示であって、撮影手段はＣＣＤカメラ以外のものを含み、また解析手段による測定方法も種々の方法が適用可能である。
【００３６】
＜２＞その他の実施の形態２
まくら木５２の設置箇所で鉛直変位を測定する場合には、前記したターゲット２０のレール取付用ブラケット２２を使用できない。
そこで図４に示すように、まくら木取付用ブラケット２４をまくら木５２の上面または側面に当接させ、ボルト２５やピン等で固定することで対応することが可能となる。
またまくら木５２の保護の観点から、ボルト２５を用いることなく、まくら木５２を挟持可能なように、複数のまくら木取付用ブラケット２４を組み合わせて取り付けてもよい。
【００３７】
＜３＞その他の実施の形態３
本発明に係る沈下測定装置１０における防護管４０やゲージ付きロッド３０のアンカー部３３は、必須ではなく省略する場合もある。
ゲージ付きロッド３０の下端をバラスト道床３の中間部や上層部に支持させても、既述したのと同様にターゲット２０とゲージ部３１間の相対的な鉛直変位を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る沈下測定装置の中間部を省略した斜視図
【図２】沈下測定装置を設置した軌道の断面図
【図３】沈下測定装置による車両通過時の軌道の沈下量の説明図
【図４】ターゲットをまくら木に直接設置した他の実施の形態の説明図
【符号の説明】
【００３９】
１０・・・沈下測定装置
２０・・・ターゲット
２１・・・外装部
２２・・・レール取付用ブラケット
２４・・・まくら木取付用ブラケット
３０・・・ゲージ付きロッド
３１・・・ゲージ部
３２・・・軸部
３３・・・アンカー部
３４・・・ピークホールド
４０・・・防護管
５０・・・路盤
５１・・・バラスト道床
５２・・・まくら木
【図１】
2005326372.tif 000003
【図２】
2005326372.tif 000004
【図３】
2005326372.tif 000005
【図４】
2005326372.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月24日(2004.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005326372.tif 000007
【図２】
2005326372.tif 000008
【図３】
2005326372.tif 000009
【図４】
2005326372.tif 000010